영국 로체스터대(University of Rochester) 연구진은 거미 다이빙 벨과 불개미 뗏목 구조에서 영감을 받아 발수성(water repellent)이 강한 금속 구조물을 만들었다.

침몰할 수 없는 선박, 구멍이 생겨도 여전히 떠 다니는 웨어러블 부양장치, 해상에서 장기간 활용할 수 있는 전자 모니터링 장치 등에 활용할 수 있다.

춘리 구(Chunlei Guo) 광학 및 물리학 교수는 “펨토초의 레이저 버스트를 사용해 공기를 포획하고 표면을 초 소수성(super-hydrophobic) 또는 발수성으로 만드는 복잡한 마이크로 및 나노 스케일 패턴으로 금속 표면을 에워싸기 위해 개발한 획기적인 기술을 사용한다”고 설명했다.

연구팀은 이 프로젝트에 알루미늄을 사용했지만 ‘에칭’ 공정은 모든 금속 또는 기타 재료에 사용될 수 있다.

논문은 ‘ACS 응용 재료 및 인터페이스( ACS Applied Materials and Interfaces)’ 저널에 게재됐다.

거미와 불개미는 밀폐된 공간에 공기를 가두는 원리로 수면 아래 또는 표면에서 오랫동안 생존 할 수 있다. 수생 거미(Argyroneta)는 수중 돔 모양의 거미줄(소위 다이빙 벨)을 만들어 초 소수성 다리와 복부 사이의 표면에서 운반되는 공기로 채운다. 이와 유사하게 불개미는 초 소수성 몸체 사이에 공기를 가두어 뗏목을 만들 수 있다.

구 교수는 “이것은 매우 흥미로운 영감이었다. 논문의 핵심 통찰력은 다각적 인 초 소수성 (SH) 표면이 큰 공기량을 가두어 SH 표면을 사용해 부력 장치를 만들 수 있다는 점을 지적한다”고 말했다.

연구팀은 실험에서 두 개의 평행 알루미늄 판의 처리된 표면이 바깥 쪽이 아닌 안쪽을 향하도록해 외부와 마모가 없는 구조를 만들었다. 표면은 적절한 간격으로 분리돼 구조를 부유 상태로 유지하기에 충분한 공기를 잡아 가두는 방수 구획을 만든다.

실험에서는 2개월 동안 강제로 침수된 후에도 구조물이 즉시 표면으로 튀어 올랐다. 공기는 격실의 나머지 부분이나 인접한 구조물에 갇혀 있기 때문에 구조는 여러 번 뚫린 후에도 이 기능을 유지했다. 초 소수성 구조는 6개의 3mm 직경 구멍과 1 개의 6mm 구멍으로 천공된 구조적 손상 후에도 부유 상태를 유지했다.

실험실에서 처음으로 에칭 기술을 시연했을 때, 1인치 x 1인치 면적의 패턴을 만드는 데 1 시간이 걸렸다. 이제 레이저를 강력하고 빠른 스캔보다 7배 빠른 속도로 레이저를 사용해 프로세스 속도가 빨라져 상용 응용 프로그램에 맞게 확장 할 수 있게 됐다.